專利名稱：一種制備碳納米管泡沫體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由碳納米管組成的泡沫體的制備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱以及高比強(qiáng)度、低密度和低熱膨脹系數(shù)，使得它作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體方面都顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。要發(fā)揮上述碳納米管改性復(fù)合材料的先進(jìn)性，關(guān)鍵在于碳納米管能否以納米級(jí)水平分散于基體中并與基體形成牢固結(jié)合。然而，與傳統(tǒng)的碳材料相比，碳納米管不但存在類似的與基體浸潤(rùn)性差、容易出現(xiàn)偏聚等問題，而且還由于是大長(zhǎng)徑比的一維納米材料，極易纏繞團(tuán)聚，難以實(shí)現(xiàn)單分散。造成上述困難的一個(gè)主要原因就是碳納米管尺寸太小，難以操作和處理。因此，合成大尺寸的顆?；蛱技{米管宏觀塊體就具有重要意義。浙江大學(xué)發(fā)明了一種制備多孔碳納米管預(yù)制體的方法(CN 1757596A)，但是，該預(yù)制體含有有機(jī)聚合物粘接劑，孔穴率不高，其中的有機(jī)聚合物粘結(jié)劑使導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能也受到嚴(yán)重影響。因此，研發(fā)制備不含聚合物的高孔穴率碳納米管泡沫體具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服背景技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多孔碳納米管泡沫體的制備方法，以得到不含聚合物、尺寸和形狀及孔穴大小和分布可調(diào)的多孔碳納米管泡沫體。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
1)將直徑范圍在10-40納米的碳納米管首先用分析純濃硫酸和濃硝酸混合液在100℃下加熱回流2h，過濾后的沉淀物再用2mol·L-1分析純鹽酸在100℃下回流2h，最后用去離子水沖洗，使濾液pH值至中性后，烘干研磨后待用；濃硫酸與濃硝酸的體積比為3∶1，濃硫酸的濃度為98％濃硝酸的濃度為67％2)將每克經(jīng)上述混酸處理的碳納米管與40～150ml明膠水溶液，其中明膠的濃度為0.5～6％，，攪拌均勻后用超聲儀超聲約10～60分鐘，得混合溶液；3)在混合溶液中加入2-20ml有機(jī)溶劑，不斷的攪拌直到彈性體形成；4)將彈性體放到石墨模具中，加上1～100Mpa壓力，并且保壓10～40分鐘；5)將壓實(shí)后的片材取出，放到真空干燥箱中在50℃～200℃溫度中保溫1～5小時(shí)，然后在氮?dú)夥罩小?00℃～800℃溫度下保溫1～5個(gè)小時(shí)，自然冷卻至常溫，即得多孔碳納米管泡沫體。
所述的碳納米管是單壁或多壁的碳納米管。
所述的有機(jī)溶劑以利于彈性體形成，具體溶劑可以是乙醇或乙二醇、丁醇、丙酮、環(huán)己酮中的任一種，或一種以上以任意比例組成的混合物。
本發(fā)明可以制得多孔的泡沫狀碳納米管框架結(jié)構(gòu)體，碳納米管呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。首先利用濃硫酸和濃硝酸混合液(V(H2SO4)∶V(HNO3)＝3∶1)對(duì)碳納米管進(jìn)行純化處理，一方面可以除去雜質(zhì)，另一方面可以使碳納米管表面帶有羥基(-OH)和羧基(-COOH)等官能團(tuán)。在此基礎(chǔ)上，將碳納米管分散于明膠是溶液中，明膠中的氨基官能團(tuán)容易與碳納米管上羧基等形成雜化結(jié)構(gòu)，并在有機(jī)溶劑的作用下形成膨脹的彈性體，數(shù)倍的膨脹使得骨架含有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，控制溫度熱解消除明膠模板而碳納米管不被損壞。由于碳納米管大的長(zhǎng)徑比和高的力學(xué)強(qiáng)度，使彈性體在明膠被去掉時(shí)不會(huì)坍塌，能基本保持其形狀，得到高孔隙率的碳納米管泡沫體。
由以上可知，本發(fā)明為一種制備碳納米管泡沫體的方法由該方法獲得的碳納米管多孔泡沫體不含有機(jī)聚合物粘結(jié)劑，孔穴率分布和孔徑大小可調(diào)。該泡沫體不僅可以作為制備聚合物基和金屬基復(fù)合材料的預(yù)制件，還可以作為生物支架材料、生物載體、催化劑載體、吸附劑和過濾器等。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例11克混酸處理的碳納米管溶于濃度為1％，80ml明膠水溶液中，攪拌均勻后用超聲儀超聲約30分鐘。在混合溶液中加入5ml乙醇溶劑，攪拌60分鐘。將所得產(chǎn)物放到石墨模具中，在30Mpa壓力下，保持15分鐘。而后將壓片取出，放到真空干燥箱中120℃保溫1小時(shí)，然后在N2環(huán)境下400℃保溫3個(gè)小時(shí)，自然冷卻至常溫，即得平均孔徑為50納米的多孔碳納米管泡沫體。
實(shí)施例21克混酸處理的碳納米管溶于濃度為3％，80ml明膠水溶液中，攪拌均勻后用超聲儀超聲約60分鐘。在混合溶液中加入10ml乙醇溶劑，攪拌60分鐘。將所得產(chǎn)物放到石墨模具中，在30Mpa壓力下，保持15分鐘。而后將壓片取出，放到真空干燥箱中120℃保溫1小時(shí)，然后在N2環(huán)境下400℃保溫3個(gè)小時(shí)，自然冷卻至常溫，即得平均孔徑為80納米的多孔碳納米管泡沫體。
實(shí)施例31克混酸處理的碳納米管溶于濃度為8％，120ml明膠水溶液中，攪拌均勻后用超聲儀超聲約80分鐘。在混合溶液中加入15ml丁醇溶劑，攪拌60分鐘。將所得產(chǎn)物放到石墨模具中，在50Mpa壓力下，保持30分鐘。而后將壓片取出，放到真空干燥箱中120℃保溫1小時(shí)，然后在N2環(huán)境下600℃保溫3個(gè)小時(shí)，自然冷卻至常溫，即得平均孔徑為120納米的多孔碳納米管泡沫體。
實(shí)施例41克混酸處理的碳納米管溶于濃度為15％，200ml明膠水溶液中，攪拌均勻后用超聲儀超聲約80分鐘。在混合溶液中加入15ml丙酮溶劑，攪拌60分鐘。將所得產(chǎn)物放到石墨模具中，在50Mpa壓力下，保持30分鐘。而后將壓片取出，放到真空干燥箱中180℃保溫1小時(shí)，然后在N2環(huán)境下600℃保溫3個(gè)小時(shí)，自然冷卻至常溫，即得平均孔徑為90納米的多孔碳納米管泡沫體。
實(shí)施例51克混酸處理的碳納米管溶于濃度為15％，200ml明膠水溶液中，攪拌均勻后用超聲儀超聲約80分鐘。在混合溶液中加入15ml環(huán)己酮溶劑，攪拌90分鐘。將所得產(chǎn)物放到石墨模具中，在80Mpa壓力下，保持60分鐘。而后將壓片取出，放到真空干燥箱中200℃保溫1小時(shí)，然后在N2環(huán)境下500℃保溫3個(gè)小時(shí)，自然冷卻至常溫，即得平均孔徑為150納米的多孔碳納米管泡沫體。
權(quán)利要求
1.一種制備碳納米管泡沫體的方法，其特征在于，該方法的步驟如下1)將直徑范圍在10-40納米的碳納米管首先用分析純濃硫酸和濃硝酸混合液在100℃下加熱回流2h，過濾后的沉淀物再用2mol.L-1分析純鹽酸在100℃下回流2h，最后用去離子水沖洗，使濾液pH值至中性后，烘干研磨后待用；濃硫酸與濃硝酸的體積比為3∶1，濃硫酸的濃度為98％∶濃硝酸的濃度為67％；2)將每克經(jīng)上述混酸處理的碳納米管與40～150ml明膠水溶液，其中明膠的濃度為0.5～6％，，攪拌均勻后用超聲儀超聲約10～60分鐘，得混合溶液；3)在混合溶液中加入2-20ml有機(jī)溶劑，不斷的攪拌直到彈性體形成；4)將彈性體放到石墨模具中，加上1～100Mpa壓力，并且保壓10～40分鐘；5)將壓實(shí)后的片材取出，放到真空干燥箱中在50℃～200℃溫度中保溫1～5小時(shí)，然后在氮?dú)夥罩小?00℃～800℃溫度下保溫1～5個(gè)小時(shí)，自然冷卻至常溫，即得多孔碳納米管泡沫體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備碳納米管泡沫體的方法，其特征在于，所述碳納米管是單壁或多壁的碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備碳納米管泡沫體的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑是乙醇或乙二醇、丁醇、丙酮、環(huán)己酮中的任一種，或一種以上以任意比例組成的混合物。
全文摘要
一種制備碳納米管泡沫體的方法，將每克混酸處理的碳納米管與40～150ml明膠水溶液，其中明膠的濃度為0.5～6％，經(jīng)攪拌均勻后用超聲儀超聲約10～60分鐘；在混合溶液中加入2－20ml有機(jī)溶劑，不斷的攪拌直到彈性體形成；將彈性體放到石墨模具中，加上1～100MPa壓力，并且保壓10～40分鐘，然后放到真空干燥箱中50～200℃保溫1～5小時(shí)，接著在N
文檔編號(hào)B82B3/00GK101066756SQ20071003509
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者陳小華, 許龍山, 劉利利, 朱文海, 劉繼磊, 張科, 楊植, 李文華, 易斌 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)